CNPq / Este trabalho apresenta um retificador trifásico isolado com correção do fator de potência utilizando um autotransformador Scott e utilizando dois retificadores monofásicos isolados com correção do fator de potência de estágio único (S2). O autotransformador Scott faz uma redução de fases permitindo que se utilizem dois retificadores de estágio único. Os conversores monofásicos utilizados são do tipo Full-Bridge Flyback. O conversor proposto pode operar como elevador ou abaixador de tensão dependendo da relação entre as tensões de entrada e saída do conversor. O controle do conversor foi feito via MCU modelo TMS320F28335. Este trabalho apresenta a análise teórica do conversor operando em modo de condução contínua (CCM), bem como os resultados experimentais baseado em um protótipode 4kw. / This work presents a three-phase isolated rectifier with power factor correction using a Scott autotransformer and two isolated single-phase single-stage (S2) rectifiers. The Scott autotransformer provides a phase reduction allowing the use of two single-phase rectifiers. The single-phase converters used are the Full-Bridge Flyback type. The proposed converter can operate as a step-down or a step-up voltage, according to the relation between input andoutput voltage. The control of the converter was made in a MCU model TMS320F28335. This paper presents the theoretical analysis of the converter for continuous conduction mode (CCM) as well as experimental results based on a 4 kW prototype.

Este trabalho utiliza a Programação Linear Inteira Mista (MILP) para investigar as diferenças de produtividade encontradas em uma Linha de Montagem de Modelo Misto. A abordagem de solução foi através da construção e resolução de modelos matemáticos do problema de balanceamento de linhas de montagem de modelo misto (MALBP – Mixed-Model Assembly Line Balancing Problem), seguido do problema de sequenciamento de carros (PSC – Car Sequencing Problem). Uma simulação discreta foi utilizada para verificar os resultados dos modelos matemáticos. O estudo relata o caso real de uma linha de montagem da indústria automotiva das partes móveis das carrocerias de três diferentes veículos compartilhando a mesma linha de produção. A linha de produção é caracterizada como baixa cadência (de até 15 veículos/hora) e totalmente manual. A linha é constituída por mesas de rolos em série onde o acionamento é do tipo de passo não sincronizado. O objetivo é investigar como manter o melhor nível de produtividade da linha de produção e, ao mesmo tempo, manter a característica de flexibilidade para atender a uma demanda variável em volume e diversidade de produto. São apresentados resultados desse trabalho que indicam que é possível a obtenção de alguns balanceamentos flexíveis para alguns mixes de produtos, o que permite manter a diferença nos tempos de produção no limite de 6%, para esta correta combinação de balanceamento-sequenciamento. No entanto, verificando as demais combinações possíveis para os seis mixes de produtos avaliados, o tempo de produção apresentou diferenças de até 19%, dependendo da sequência de entrada dos produtos para um certo mix. Outro fator que também ocasionou diferenças dos tempos produtivos, de 20% em média, foi em relação a alocação/ausência de postos pulmões (buffers). O horizonte da análise, a priori, foi de um lote de produção de uma hora para o modelo matemático e de uma semana de produção para o modelo de simulação discreta. Os resultados obtidos no estudo indicam que é possível operar uma linha de montagem flexível com uma produtividade equiparável a linhas de montagem de único modelo, se cuidados relativos ao balanceamento e sequenciamento produtivos forem observados. Por outro lado, se as condições operacionais de balanceamento e sequenciamento para as linhas de montagem de modelos/produtos mistos não forem consideradas, as perdas acumuladas na taxa de produção podem ser significativas (por exemplo, tempos de produção para algumas condições de teste ultrapassaram em 30% o valor teórico estimado). / This work uses Mixed Integer Linear Programming (MILP) to investigate productivity differences found in a Mixed-Model Assembly Line. The solution approach was based on construction and resolution of mathematical models for the Mixed-Model Assembly Line Balancing Problem (MALBP), followed by the Car Sequencing Problem (CSP). A discrete simulation was used to check the results obtained by the mathematical models. The study reports the real case of an automotive metal line that assemblies the closures of three different vehicles, sharing the same production line. The production line is characterized as low cadence (e.g., up to 15 vehicles/hour) and fully manual. The line is formed by roller tables in series with unpaced devices. The main objective is to investigate how to maintain productivity, while maintaining the flexibility characteristic to meet a variable demand in volume and product diversity. Results of this study are presented and indicate that some flexible balancing mixes are viable. Production time differences of no more than 6% were observed in such flexible choices. However, the checking of some possible combinations for the six mixes of evaluated products showed a production time difference up to 19%, depending on the sequence of products for a certain mix. Another factor that also influenced production time differences, 20% on average, was the allocation of buffers. The horizon of analysis encompasses a lot of production of one hour, to the mathematical model, and a week for discrete simulation. The obtained results indicate that it is possible to operate a flexible assembly line with a level of productivity similar to a single product line, in case of careful choices in balancing/sequencing. On the other hand, if the operating conditions of balancing and sequencing were not taken into account the cumulative loss in throughput may be significant (e.g., for some studied cases, production time exceed 30% the theoretical value).

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SUZANA RIBAS DE ALMEIDA.pdf: 2655112 bytes, checksum: 346dca905796b24136deb70b7263fb5b (MD5) Previous issue date: 2012-02-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nowadays the competition between companies is increasing. In a production system, efficiency, speed and flexibility are important means for cost reductions. The complexity of automation systems has been increasing, which makes necessary the implementation of more efficient control programs, free of errors and easy to maintain. However, in most practical applications the solution of these problems is dependent on designer's experience and doesn t follow a formal methodology, which results in programs with errors and difficulties to understand and maintain, since only the designer understands the adopted solutions. The Supervisory Control Theory (SCT) is a method extensively researched in academic circles for the synthesis of control logic of automated systems. It allows control problems to be solved in a formal way, ensuring a minimally restrictive and no blocking solution that meets the control specifications. However, this theory is not widely used in industrial environments yet, once the methods for implementation of supervisors obtained by TCS are still deficient. Thus, the intention of this Dissertation consists of showing a methodology for implementation of supervisory control in Programmable Logic Controllers (PLCs). In this work, the synthesis of supervisors is made in accordance to local modular approach, which brings the benefits of a formal methodology and allows exploring the modularity of the plant and the control specifications. The implementation is based on an architecture structured in three levels: supervisor, interface and system to be controlled. For the implementation in CLP three different programming languages are applied: the high-level languages Sequential Function Charts (SFC) and Structured Text and the low-level Ladder Diagram language in some parts. The development of the methodology was based on two works: a doctoral thesis by Vieira (2007) and master thesis by Cruz (2011) and brought together the advantages presented in each one of these. To compare the proposed methodology and the two mentioned methods, several tests were made on a manufacturing cell available at PUCPR and simulations on a PLC and computer as well. The results show that the use of the methodology proposed in this work makes possible to implement PLC programs that are able to treat all non-controllable events occurred in the system to be controlled and treat one controllable event by each control cell in the same scan cycle. Furthermore, the use of high-level languages results in a program of easier interpretation and maintenance, also enabling reutilization of codes. In this work some problems related to CLPs implementations are also showed and proposals for solving them are presented, as properties as well that, if accepted, ensure that the problem does not occur. / Hoje em dia a competitividade entre as empresas está cada vez maior. Em um sistema de produção, a eficácia, a velocidade e a flexibilidade são importantes, pois significam redução de custos. Os sistemas de automação atuais estão cada vez mais complexos, justificando a necessidade de programas de controle mais eficientes, sem erros e de fácil manutenção. Entretanto, na maioria das aplicações práticas a solução destes problemas é feita com base na experiência do projetista, não seguindo uma metodologia formal, o que resulta em programas com erros e de difícil entendimento e manutenção, uma vez que só o projetista entende perfeitamente as soluções adotadas. A Teoria de Controle Supervisório (TCS) é um método para a síntese da lógica de controle de sistemas automatizados. Ela permite que problemas de controle sejam solucionados de modo formal, garantindo uma solução minimamente restritiva e não bloqueante e que atenda às especificações de controle. Entretanto, esta teoria ainda não é amplamente adotada em ambientes industriais, sendo a carência de métodos de implementação dos supervisores obtidos via TCS um elemento que contribui para que isso aconteça. Assim, esta dissertação se propõe a apresentar uma metodologia de implementação de controle supervisório em Controladores Lógicos Programáveis (CLPs). Neste trabalho, a síntese de supervisores é feita de acordo com a abordagem modular local, que traz os benefícios de uma metodologia formal e ainda permite explorar a modularidade da planta e das especificações de controle. A implementação é baseada numa arquitetura estruturada em três níveis: supervisor, interface e sistema a ser controlado. Para a implementação em CLP são empregadas três linguagens distintas de programação, as linguagens de alto nível Sequential Function Charts (SFC) e Structured Text, bem como a linguagem Ladder Diagram em algumas partes. O desenvolvimento da metodologia foi baseado em dois trabalhos: a tese de doutorado de Vieira (2007) e a dissertação de mestrado de Cruz (2011) e permitiu reunir as vantagens apresentadas em cada um destes. Para comparação entre a metodologia proposta e as duas metodologias citadas, foram feitos diversos testes em uma célula de manufatura existente na PUCPR, bem como simulações em CLP e em computador. Os resultados mostram que a metodologia proposta neste trabalho permite a implementação de programas em CLP que, num mesmo ciclo de varredura, são capazes de tratar todos os eventos não controláveis ocorridos na planta e ainda um evento controlável por célula de controle. Além disso, o uso de linguagens de alto nível resulta em um programa de mais fácil interpretação e manutenção, possibilitando ainda o reaproveitamento de códigos. Nesta dissertação também são abordados alguns problemas de implementação da estrutura de controle supervisório em CLPs, apresentando-se propostas para solucioná-los, bem como propriedades que, se atendidas, garantem que o problema não ocorra.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alexandre Pinotti.pdf: 2613359 bytes, checksum: 2102dc273398a9bfa8e51bb28b5fded1 (MD5) Previous issue date: 2012-12-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a method for embedded systems design based on the Supervisory Control Theory for Discrete-Event Systems. The method is composed of steps comprising the specification phase until the approval of the control system. The conception phase is based on the local modular approach for the synthesis of minimally restrictive supervisors that constrains the plant behavior by disabling controllable events and are nonblocking with respect to the set of marked states. The method also includes an implementation architecture for the supervisory control applied to microcontrollers to solve problems such as causality, choice and inexact synchronization. An interface concentrates all controllable and uncontrollable events generation. It deals with the choice problem when reduced supervisors are implemented, randomly choosing one controllable event among the possible ones. This dissertation also presents a tool developed for the automatic code generation of the proposed implementation structure. The main module code is generated to be independent of the number of supervisors and plant models, that is, is the same for any control application. The tool is used to obtain the control applied to a case study and also for the temperature control of a commercial refrigerator. The control system has been validated using the same tools applied for the validation of household appliances at Whirlpool Corporation / Neste trabalho é proposto um método de projeto para sistemas embarcados concebido com base na Teoria de Controle Supervisório de Sistemas a Eventos Discretos. O método é composto por etapas que vão desde a especificação até a aprovação do sistema de controle. A etapa de concepção do método utiliza da abordagem modular local para síntese de supervisores minimamente restritivos que limitam o comportamento da planta através da desabilitação de eventos controláveis e são não bloqueantes em relação ao conjunto de estados marcados. O método ainda inclui uma arquitetura de implementação do controle supervisório direcionada para microcontroladores, visando solucionar os problemas da causalidade, escolha e sincronização inexata. Uma interface é concebida para concentrar a geração de eventos controláveis e não controláveis. Apresenta-se uma solução para o problema da escolha quando são implementados supervisores reduzidos sendo tal escolha realizada de modo online definindo um evento controlável, entre os possíveis, de forma aleatória. Apresenta-se uma ferramenta desenvolvida para a geração de código baseada na estrutura de implementação proposta. O código do módulo principal é gerado de forma a ser independente do número de supervisores e modelos de planta envolvidos, sendo o mesmo para qualquer aplicação de controle. Utiliza-se a ferramenta para obtenção do código da lógica de controle em um estudo de caso e para a regulação de temperatura em um refrigerador comercial. A validação do controle é realizada utilizando-se de ferramentas aplicadas à validação de eletrodomésticos da linha branca na Whirlpool Eletrodomésticos.

This work presents an intelligent control of position and velocity to a climber robot developed to perform inspections of pressure vessels. The climber robot has steerable and magnetic wheels, which makes it similar to an omnidirectional robot due to its high maneuverability. The intelligent velocity control proposed uses the switching Fuzzy controllers according to the movement to be performed, which allow the use of all the robot's movement potential respecting the constraints imposed by the dynamic model and magnetic adhesion. Also, a position controller was developed in cascade with the speed controller to verify the navigation capability of the robot in a 2D environment. Simulated and experimental tests are applied for validation of control techniques implemented and they're presented at the end of this work. / Este trabalho apresenta um controle inteligente de posição e velocidade para um robô escalador desenvolvido para realizar inspeções em vasos de pressões. O robô escalador possui rodas direcionáveis e magnéticas, o que o torna similar a um robô omnidirecional em virtude da sua alta manobrabilidade. O controle inteligente de velocidade proposto utiliza o chaveamento de controladores Fuzzy de acordo com o movimento a ser realizado, que permitem a utilização de todo o potencial de movimentação do robô respeitando as restrições impostas pelo modelo dinâmico e pela adesão magnética. Também foi projetado um controlador de posição em cascata com o de velocidade para a verificação da capacidade de navegação do robô em um ambiente 2D. Testes simulados e experimentais são aplicados para a validação das técnicas de controle implementadas e são apresentados ao final do trabalho.

As patologias que afetam a laringe estão aumentando consideravelmente nos últimos anos devido à condição da sociedade atual onde há hábitos não saudáveis como fumo, álcool e tabaco e um abuso vocal cada vez maior, talvez por conta do aumento da poluição sonora, principalmente nos grandes centros urbanos. Atualmente o exame utilizado pela endoscopia per-oral, direcionado a identificar patologias de laringe, são a videolaringoscopia e videoestroboscopia, ambos invasivos e por muitas vezes desconfortável ao paciente. Buscando melhorar o bem estar e minimizar o desconforto dos pacientes que necessitam submeter-se a estes procedimentos, este estudo tem como objetivo reconhecer padrões que possam ser aplicados à identificação de patologias de laringe de modo a auxiliar na criação de um novo método não invasivo em substituição ao método atual. Este trabalho utilizará várias configurações diferentes de redes neurais. A primeira rede neural foi gerada a partir de 524.287 resultados obtidos através das configurações k-k das 19 medidas acústicas disponíveis neste trabalho. Esta configuração atingiu uma acurácia de 99,5% (média de 96,99±2,08%) ao utilizar uma configuração com 11 e com 12 medidas acústicas dentre as 19 disponíveis. Utilizando-se 3 medidas rotacionadas (obtidas através do método de componentes principais), foi obtido uma acurácia de 93,98±0,24%. Com 6 medidas rotacionadas, o resultado obtido foi de acurácia foi de 94,07±0,29%. Para 6 medidas rotacionadas com entrada normalizada, a acurácia encontrada foi de 97,88±1,53%. A rede neural que fez 23 diferentes classificações, voz normal mais 22 patologias, mostrou que as melhores classificações, de acordo com a acurácia, são a da patologia hiperfunção com 58,23±18,98% e a voz normal com 52,15±18,31%. Já para a pior patologia a ser classificada, encontrou-se a fadiga vocal com 0,57±1,99%. Excluindo-se a voz normal, ou seja, utilizando uma rede neural composta somente por vozes patológicas, a hiperfunção continua sendo a mais facilmente identificável com uma acurácia de 57,3±19,55%, a segunda patologia mais facilmente identificável é a constrição ântero-posterior com 18,14±11,45%. Nesta configuração, a patologia mais difícil de se classificar continua sendo a fadiga vocal com 0,7±2,14%. A rede com re-amostragem obteve uma acurácia de 25,88±10,15% enquanto que a rede com re-amostragem e alteração de neurônios na camada intermediária obteve uma acurácia de 21,47±7,58% para 30 neurônios e uma acurácia de 18,44±6,57% para 40 neurônios. Por fim foi feita uma máquina de vetores suporte que encontrou um resultado de 67±6,2%. Assim, mostrou-se que as medidas acústicas precisam ser aprimoradas para a obtenção de melhores resultados de classificação dentre as patologias de laringe estudadas. Ainda assim, verificou-se que é possível discriminar locutores normais daqueles pacientes disfônicos. / Diseases that affect the larynx have been considerably increased in recent years due to the condition of nowadays society where there have been unhealthy habits like smoking, alcohol and tobacco and an increased vocal abuse, perhaps due to the increase in noise pollution, especially in large urban cities. Currently the exam performed by per-oral endoscopy (aimed to identify laryngeal pathologies) have been videolaryngoscopy and videostroboscopy, both invasive and often uncomfortable to the patient. Seeking to improve the comfort of the patients who need to undergo through these procedures, this study aims to identify acoustic patterns that can be applied to the identification of laryngeal pathologies in order to creating a new non-invasive larynx assessment method. Here two different configurations of neural networks were used. The first one was generated from 524.287 combinations of 19 acoustic measurements to classify voices into normal or from a diseased larynx, and achieved an max accuracy of 99.5% (96.99±2.08%). Using 3 and 6 rotated measurements (obtained from the principal components analysis method), the accuracy was 93.98±0.24% and 94.07±0.29%, respectively. With 6 rotated measurements from a previouly standardization of the 19 acoustic measurements, the accuracy was 97.88±1.53%. The second one, to classify 23 different voice types (including normal voices), showed better accuracy in identifying hiperfunctioned larynxes and normal voices, with 58.23±18.98% and 52.15±18.31%, respectively. The worst accuracy was obtained from vocal fatigues, with 0.57±1.99%. Excluding normal voices of the analysis, hyperfunctioned voices remained the most easily identifiable (with an accuracy of 57.3±19.55%) followed by anterior-posterior constriction (with 18.14±11.45%), and the most difficult condition to be identified remained vocal fatigue (with 0.7±2.14%). Re-sampling the neural networks input vectors, it was obtained accuracies of 25.88±10.15%, 21.47±7.58%, and 18.44±6.57% from such networks with 20, 30, and 40 hidden layer neurons, respectively. For comparison, classification using support vector machine produced an accuracy of 67±6.2%. Thus, it was shown that the acoustic measurements need to be improved to achieve better results of classification among the studied laryngeal pathologies. Even so, it was found that is possible to discriminate normal from dysphonic speakers.

ANP / Este trabalho propõe o uso de Mapas Cognitivos Fuzzy Dinâmicos (DFCM, do inglês Dynamic Fuzzy Cognitive Maps), uma evolução dos Mapas Cognitivos Fuzzy (FCM), para o desenvolvimento de sistemas autônomos para tomada de decisões. O FCM representa o conhecimento de forma simbólica, através de conceitos e relações causais dispostas em um grafo. Na sua versão clássica, os FCMs são usados no desenvolvimento de modelos estáticos, sendo inapropriados para o desenvolvimento de modelos temporais ou dinâmicos devido à ocorrência simultânea de todas as causalidades em uma estrutura fixa dos grafos, i.e., os conceitos e suas relações causais são invariantes no tempo. O DFCM utiliza o mesmo formalismo matemático do FCM através de grafos, acrescentando funcionalidades, como por exemplo, a capacidade de auto adaptação através de algoritmos de aprendizagem de máquina e a possibilidade de inclusão de novos tipos de conceitos e relações causais ao modelo FCM clássico. A partir dessas inclusões, é possível construir modelos DFCM para tomada de decisões dinâmicas, as quais são necessárias no desenvolvimento de ferramentas inteligentes em áreas de conhecimento correlatas à engenharia, de modo especifico a construção de modelos aplicados em Robótica Autônoma. Em especial, para as áreas de Robótica de Enxame e Vida artificial, como abordados nesta pesquisa. O sistema autônomo desenvolvido neste trabalho aborda problemas com diferentes objetivos (como desviar de obstáculos, coletar alvos ou alimentos, explorar o ambiente), hierarquizando as ações necessárias para atingi-los, através do uso de uma arquitetura para o planejamento, inspirada no modelo clássico de Subsunção de Brooks, e uma máquina de estados para o gerenciamento das ações. Conceitos de aprendizagem de máquina, em especial Aprendizagem por Reforço, são empregadas no DFCM para a adaptação dinâmica das relações de casualidade, possibilitando o controlador a lidar com eventos não modelados a priori. A validação do controlador DFCM proposto é realizada por meio de experimentos simulados através de aplicações nas áreas supracitadas. / This dissertation proposes the use of Dynamic Fuzzy Cognitive Maps (DFCM), an evolution of Fuzzy Cognitive Maps (FCM), for the development of autonomous system to decision-taking. The FCM represents knowledge in a symbolic way, through concepts and causal relationships disposed in a graph. In its standard form, the FCMs are limited to the development of static models, in other words, classical FCMs are inappropriate for development of temporal or dynamic models due to the simultaneous occurrence of all causalities in a permanent structure, i.e., the concepts and the causal relationships are time-invariant. The DFCM uses the same mathematical formalism of the FCM, adding features to its predecessor, such as self-adaptation by means of machine learning algorithms and the possibility of inclusion of new types of concepts and causal relationships into the classical FCM model. From these inclusions, it is possible to develop DFCM models for dynamic decision-making problems, which are needed to the development of intelligent tools in engineering and other correlated areas, specifically, the construction of autonomous systems applied in Autonomous Robotic. In particular, to the areas of Swarm Robotics and Artificial Life, as approached in this research. The developed autonomous system deals with multi-objective problems (such as deviate from obstacle, collect target or feed, explore the environment), hierarchizing the actions needed to reach them, through the use of an architecture for planning, inspired by the Brook’s classical Subsumption model, and a state machine for the management of the actions. Learning machine algorithms, in particular Reinforcement Learning, are implemented in the DFCM to dynamically tune the causalities, enabling the controller to handle not modelled event a priori. The proposed DFCM model is validated by means of simulated experiments applied in the aforementioned areas.

As Redes Ad Hoc Veiculares (Veicular Ad Hoc Networks (VANETs)) são redes móveis que possuem como propósito a comunicação entre veículos para fornecer segurança e entretenimento a seus ocupantes. A comunicação pode ocorrer de três modos: Vehicle-to-Vehicle (V2V), Vehicle-to-Infrastructure (V2I) e híbrida (V2V e V2I ao mesmo tempo). As redes V2I e híbridas apresentam elevados custos de construção e manutenção, pois necessitam ser estabelecidas em locais que possuam infraestrutura fixa, o que as tornam impraticáveis na maioria das vezes. As redes V2V, por sua vez, apresentam baixos custos de construção, pois podem ser estabeleci- ˜ das em qualquer ambiente urbano, entretanto dependem do fluxo de veículos nestes ambientes para manter a conectividade e o bom desempenho. Em ambientes urbanos existem basicamente veículos particulares, veículos de transporte pesado, e veículos de transporte coletivo (ônibus). Entre estes, os veículos de transporte coletivo apresentam um comportamento de trafego diferenciado em relação aos demais veículos. Em particular, na cidade de Curitiba, os ônibus pertencentes as linhas expressas trafegam por canaletas exclusivas, segundo um escalonamento ` relativamente regular, em um trajeto linear praticamente sem obstáculos. Estas características sugerem que um sistema que faz uso destes ônibus para a criação de uma infraestrutura de comunicação apresentará um desempenho superior quando comparado a um sistema que não faz distinção entre veículos. Assim sendo, este trabalho propõe a utilização dos ônibus do transporte coletivo urbano para formar uma rede de transporte de dados (backbone) ad hoc móvel (BMVA), a qual irá prover conectividade e aumentar o desempenho da rede sem utilizar infraestrutura fixa. Novos protocolos de roteamento capazes de explorar a conectividade intrínseca fornecida pelo BMVA também são propostos. Estes protocolos foram desenvolvidos tomando-se por base os protocolos AODV, AOMDV e DSDV. Análises estatísticas com dados reais, bem como experimentos de simulação, comprovam que o BMVA e os novos protocolos podem criar uma infraestrutura de comunicação móvel e promover o aumento de métricas de desempenho, como a taxa de entrega e a vazão dos pacotes de dados. / Vehicular Ad Hoc Networks (VANETs) are mobile networks which have as a purpose the communication between vehicles in order to provide safety and entertainment to their users. The communication may occur in three ways: Vehicle-to-Vehicle (V2V), Vehicle-to-Infrastructure (V2I) and hybrid (V2V and V2I at the same time). V2I and hybrid networks have, usually, high costs of implementation and maintenance, for they need to be implemented in places with a fixed infrastructure, which will be impracticable most of the times. V2V networks, on the other hand, have low cost of implementation, for they may be implemented in any urban nvironment. However, V2V networks would depend on the vehicles flow in order to keep connectivity and a good performance. In urban environments there are basically private vehicles, cargo vehicles and public transport vehicles (buses). Of these, the public transport vehicles present a distinct behavior in regard to other vehicles. Specifically, in the city of Curitiba, the buses from express lines travel in exclusive lanes, following a relatively regular schedule, in a linear route with practically no obstacles. These characteristics suggest that a system using those buses for the deployment of a communication infrastructure would present a superior performance if compared to a system which makes no distinction between vehicles. Thus, this work proposes the utilization of public transport urban buses for the implementation of an mobile backbone (BMVA), which will provide connectivity and improve the network performance without using a fixed infrastructure. New routing protocols, capable of exploring the intrinsic connectivity provided by BMVA are also proposed. These protocols were developed from AODV, AOMDV and DSDV protocols. Statistical analyses with real data and simulation experiments, confirm that BMVA and the new protocols can create a mobile communication infrastructure and increase the performance metrics such as delivery rate and throughput.

Redes de sensores sem fio geralmente são compostas por dispositivos que demandam qualidade de transmissão, porém com energia limitada. Desta condição, surge a necessidade do estudo da eficiência energética. Neste documento são apresentadas e comparadas algumas técnicas para melhorar a eficiência energética que englobam o uso da diversidade, tais como o uso de múltiplas antenas no transmissor e receptor bem como o uso de comunicação cooperativa, esta última melhor aproveitada quando um canal de retorno está disponível. São abordados dois modelos de comunicação. No primeiro cenário, apenas a camada física é levada em conta em uma rede MIMO cooperativa com múltiplos relays, em que é proposto um algoritmo distribuído iterativo de alocação de potência baseado no algoritmo de Dinkelbach visando a maximização da eficiência energética. Os resultados demonstram que o uso de múltiplas antenas melhora a eficiência energética, mas que dependendo da técnica MIMO utilizada, o número de relays e o número de antenas podem levar a efeitos diferentes em termos de eficiência energética. Em seguida, é apresentado um cenário que envolve a camada física e a camada de controle de acesso ao meio (MAC), no qual propõe-se um protocolo MAC cooperativo distribuído. Neste caso, além da energia utilizada para transmitir os pacotes de dados, também é analisado o atraso e o consumo para acessar o canal. Pelos resultados obtidos, notase que as técnicas MIMO aumentam a eficiência energética em relação ao caso SISO, das quais pode-se destacar a seleção de antenas. Além disso, outros parâmetros, tais como densidade de nós, eficiência espectral, número de antenas e distância entre nós, são analisados em termos de eficiência energética. / Wireless sensor networks are usually composed of devices that require transmission quality, but with limited energy. From this condition arises the necessity of the energy efficiency study. In this document, we present and compare some techniques to improve the energy efficiency, which include the use of diversity, such as the use of multiple antennas in the transmitter and receiver as well as the use of cooperative communication. The latter has better results when a feedback channel is available. We cover two communication scenarios. In the first scenario, only the physical layer is taken into account in a MIMO cooperative network with multiple relays, where we propose a power allocation distributed iterative algorithm based on the Dinkelbach’s algorithm aiming at the energy efficiency maximization. The results show that the use of multiple antennas improve the energy efficiency, but depending on the used MIMO transmission scheme, the number of relays and the number of antennas can lead to different effects with respect to the energy efficiency. In the following, we present a scenario that contains a cross-layer analysis encompassing physical and medim access control (MAC) layers in a cooperative MIMO network, where we propose a distributed cooperative MAC protocol. In this case, besides the energy used to transmit thte data packets, we also analyze the delay and energy consumption to access the channel. Results show that the MIMO techniques improve the energy efficiency when we compare to SISO, especially when employing antenna selection techniques. In addition, other parameters, such as node density, spectral efficiency, number of antennas and distance between nodes, are analyzed with respect to the energy efficiency.

Esta dissertação apresenta uma aplicação de inteligência artificial, a lógica fuzzy, estruturada como um controlador fuzzy, para a sintonia dos ganhos Kp e Ki de um controlador PI. Este último, configurado num conversor de frequência para a operação de um conjunto motor-bomba do sistema de abastecimento de água potável na região denominada de Recalque Mercês (RMER), na cidade de Curitiba, compreendendo 4 bairros com 140 km de tubulação e mais de 13 mil ligações a clientes. Hoje, o sistema funciona com controle PI tradicional de ganhos fixos, variando a velocidade do conjunto motorbomba, controlados por um sensor de pressão à jusante do bombeamento. Contudo, a variação de consumo de água potável fornecida é muito grande durante o período de um dia, sendo máxima no entardecer e mínima durante a madrugada, e com características sazonais, o consumo aumenta com o calor e diminui no frio, o que faz esse tipo de controle fixo ser ineficiente em determinados momentos. A proposta é adotar o controle fuzzy para alterar os coeficientes do controlador PI ao longo do dia, de forma autônoma, de acordo com o consumo instantâneo e assim, alcançar uma melhor eficiência energética do sistema, prezando pela qualidade do serviço prestado à população. Isto é, garantindo a vazão e a pressão de água para o consumidor. Por meio do MatLab®, mais precisamente os toolbox’s de simulação, Simulink® e SimScape®, foram criados dois modelos, um com o controle atual e o outro com a proposta inteligente, de uma abreviação da rede e do sistema de bombeamento da elevatória existente, a diminuição de 4 conjuntos motor-bomba para apenas 1 (um) e num trajeto único, perfazendo 5,4 km de distância, até o local denominado de ponto crítico, onde é mais longe, alto e difícil de se manter a pressão no patamar de 10 m.c.a. (1 bar), por norma. O controlador fuzzy desenvolvido possui 2 entradas, o nível do reservatório e a pressão à jusante do conjunto motor-bomba, e 2 saídas, os ganhos proporcional e integral para o PI. Com a estrutura baseado em regras, foram criadas 123 regras de inferência para que o sistema obtenha um desempenho favorável. As simulações foram realizadas com a referência de dados – 3 meses de histórico – de medições do reservatório e do sensor de pressão que é a realimentação do controle PI existente. Assim, a eficiência energética de 6,15% ao mês, em termos de energia elétrica consumida, foi conseguida, comparando com o modelo de controle tradicional. / This dissertation presents an application of artificial intelligence, the fuzzy logic, structured as a fuzzy controller, for the tuning of the Kp and Ki gains of a PI controller. The latter, configured in a frequency converter for the operation of a motor-pump assembly of the drinking water supply system in the region called Recalque Mercês (RMER), in the city of Curitiba, comprising 4 districts with 140 km of pipeline and more than 13 thousand connections to customers. Today, the system operates with PI traditional control with fixed gains, varying the speed of the motor-pump assembly, controlled by a pressure sensor downstream to the pumping. However, the variation in the consumption of potable water supplied is very large during the period of one day, being maximum at dusk and minimum during the dawn, and with seasonal characteristics, consumption increases with heat and decreases in the cold, which makes static control inefficient at certain times. The proposal is to adopt the fuzzy control to change the coefficients of the PI controller throughout the day, autonomously, according to the instantaneous consumption and thus achieve a better energy efficiency of the system, appreciating the quality of service provided to the population. That is, ensuring the flow and pressure of water to the consumer. Through MatLab®, simulation tools, Simulink® and SimScape®, two models were created, one with the current control and the other with the intelligent proposal. An abbreviation of the network and the existing pumping system of the lift, the reduction of 4 engine-pump assemblies to only 1 (one) and a single path, making 5.4 km distance, to the socalled critical point location, where it is further, higher and more difficult to keep the pressure at the 10 mwg (1 bar), as a rule. The developed fuzzy controller has 2 inputs, the reservoir level and the downstream pressure of the motor-pump assembly, and 2 outputs, proportional and integral gains for the PI. With the rulesbased framework, 123 inference rules were created for the system to perform favorably. The simulations were carried out with the reference of data – 3 months of historical – of measurements of the reservoir and pressure sensor that is the feedback of the existing PI control. Thus, the energy efficiency of 6.15% per month, in terms of electric power consumed, was achieved, compared to the traditional control model.